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Was ist ein „spektrales“ PAR-Messgerät? (im Vergleich zu herkömmlichen PAR-Messgeräten/Sensoren)

von | 2023/07/17 | blogs, Lichter wachsen lassen

Spectral PAR-Meter dringen in den Markt für Indoor-Gartenbau ein und teilen sich den Platz mit Quantum PAR-Metern und -Sensoren – und die Gärtner wollen wissen, warum.

In diesem Artikel vergleichen wir diese Geräte und erläutern die eindeutigen Vorteile der Spectral-Geräte für die Landwirtschaft in Innenräumen.

Hier sind die Themen, die wir behandeln werden:

  • Hintergrund – Warum Licht messen?
  • Quantum PAR-Sensor
  • Quantum PAR-Messgerät
  • Spektrales PAR-Messgerät
  • Praktische Anwendungen eines spektralen PAR-Messgeräts

Photo by Zoe Schaeffer on Unsplash

Hintergrund – Warum sollte man Licht im Innengartenbau messen?

Die Messung des Lichts ist für den Innenanbau unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Pflanzen die richtige Qualität und Quantität an Licht erhalten.

Der geografische Standort, die jahreszeitlich bedingte Sonneneinstrahlung und die Bedingungen im Gewächshaus führen zu Unsicherheiten darüber, ob Ihre Pflanzen ausreichend Licht erhalten. Diese Herausforderung kann durch den Einsatz von Lichtmessgeräten und -sensoren bewältigt werden, die die Lichtmenge in Photonen mit Hilfe einer Messung namens PAR (Photosynthetic Active Radiation) messen. Diese Informationen werden bei künstlichem Licht genutzt, um eventuelle Mängel zu ergänzen.

 

Wachsende Kammern mit freundlicher Genehmigung der Taiwan HiPoint Corporation

Quanten-PAR-Sensoren – Ein Basisgerät

Das einfachste Messgerät für Licht im Innengartenbau ist ein Quantum PAR Sensor, ein daumengroßes zylindrisches Gerät mit einem Kabel. Landwirte können diese Sensoren leicht im gesamten Gewächshaus einsetzen, um Lichtdaten zu sammeln, und sie sind relativ kostengünstig (50 bis 100 US-Dollar). Darüber hinaus sind sie so robust konstruiert, dass sie der Feuchtigkeit in einer feuchten landwirtschaftlichen Umgebung standhalten können.

Quantum PAR-Sensor

Daumengroßer Quantum PAR-Sensor

Die Quantum PAR-Sensoren verfügen jedoch nicht über eine optische Anzeige und können nicht selbstständig arbeiten oder Daten sammeln. Stattdessen müssen sie an ein zentrales Datenerfassungsgerät angeschlossen werden, das die Informationen zur Analyse empfängt und speichert. Diese Verbindung kann über eine herkömmliche Verkabelung oder sogar über ein Ethernet-LAN hergestellt werden.

Der Zweck dieser Sensoren besteht darin, Bereiche mit unzureichendem Licht zu erkennen. Sobald die Lichtmängel aufgedeckt sind, können die Landwirte diese Bereiche durch künstliche Beleuchtung ergänzen, um eine gleichbleibende Qualität, Form und Größe der Pflanzen zu gewährleisten.

PAR-Sensoren auf dem Bauernhof (zum Vergrößern klicken)

Quantum PAR Meter – Messen, Anzeigen und Speichern

Ein Quantum-PAR-Messgerät ist ein tragbares Gerät, das Photonen (PAR) zählt, Daten speichert und sie auf einem monochromen Bildschirm anzeigt. Er kann entweder einen eingebauten PAR-Sensor oder einen aufsteckbaren Sensor haben. Der Preis dieser Geräte kann je nach Qualität, Spezifikationen und Funktionen zwischen 150 und 500 Dollar oder mehr liegen. In der Regel verwenden die Züchter diese Geräte zur stichprobenartigen Überprüfung der Beleuchtung in Innenräumen.

Während das Gehäuse des Messgeräts nicht wasserdicht ist, können Messgeräte mit aufsteckbaren wasserdichten PAR-Sensoren effektiv unter vertikalen Regalen oder unter dem Vordach arbeiten, wo sich Feuchtigkeit oder Tropfen befinden können.

Quantum PAR-Meter mit aufsteckbarem PAR-Sensor

Spektrales PAR-Messgerät – Die Farben sehen

Ein spektrales PAR-Messgerät kann fast alle Funktionen eines Quantum PAR-Messgeräts/Sensors erfüllen. Der entscheidende Unterschied liegt darin, dass Spectral-Geräte ein Spektrum erzeugen können (siehe Abb. 2).

Vereinfacht ausgedrückt, kann ein Spektralmessgerät weißes Licht und alle darin enthaltenen Farben unterscheiden. Diese Fähigkeit wird durch den Einsatz von Präzisionsbeugungsoptiken erreicht, was zu den relativ hohen Kosten dieser Messgeräte beiträgt, die oft in den unteren Tausenderbereich gehen.

Agrarforscher und Spitzenzüchter halten Spectral-Geräte für unverzichtbar. Sie messen nicht nur die Anzahl der Photonen, sondern nutzen auch die Informationen über die Lichtfarbe zu ihrem Vorteil, um verschiedene Aspekte des Pflanzenwachstums zu unterstützen.

PG200N Spektrales PAR-Messgerät

Spektrales PAR-Messgerät (Abb. 1)

Das Spektrum (Abb. 2)

CIE 1976 (Abb. 3)

Die Bedeutung der Farben in der Photosynthese

Der Prozess der Photosynthese beruht auf Photonen aus verschiedenen Farben des Lichts. Die Wellenlängen-(Farb-)Tabelle für die Photosynthese (Abb. 4) zeigt, dass Pflanzen eine größere Empfindlichkeit für blaue und rote Farben aufweisen. Wenn die von Ihnen verwendeten Lichtquellen diese Farben nicht in ausreichender Intensität ausstrahlen, wird dies die Wirkung auf Ihre Pflanzen beeinträchtigen. Quanten-PAR-Messgeräte können jedoch keine Farbausrichtung beurteilen, da sie lediglich Photonen zählen, ohne Farben wahrzunehmen.

(Abb. 4) Photosynthese und Wellenlängenempfindlichkeitsdiagramm

(Fig 5) Ausrichtung der Photosynthese mit Spectrum. (zum Vergrößern anklicken)

Verschiedene Pflanzen reagieren auf verschiedene Farben

Das Diagramm in Abb. 4 bietet eine grundlegende Darstellung des Zusammenspiels zwischen Lichtfarbe und Photosynthese. Die Photosynthesemechanismen haben sich jedoch im Laufe von Tausenden und Millionen von Jahren entwickelt, und die Pflanzen haben sich in vielerlei Hinsicht an unterschiedliche Lichtfarben angepasst.

  • Es gibt viele verschiedene Arten von lichtempfindlichen Zellen, die alle unterschiedlich auf verschiedene Lichtfarben reagieren.
  • Pflanzen unter einem Baldachin aus anderer Vegetation haben sich so angepasst, dass sie das grüne und rote Restlicht (Far Red), das noch durch die Blätter dringt, nutzen können.
  • Es ist bekannt, dass blaues Licht die Streckung des Stängels auslöst.
  • Es ist bekannt, dass rotes Licht den Geschmack von Früchten und die Keimung von Samen beeinflusst.
  • Pflanzen reagieren auf verschiedene Rottöne, um die saisonale Blüte und Fruchtbildung auszulösen.

Dies sind nur einige der Gründe, warum Züchter und Forscher Spectral-Geräte einsetzen, um die Geheimnisse der Evolution zu lüften und sich einen Vorteil zu verschaffen.

Bild mit freundlicher Genehmigung der Taiwan HiPoint Corporation

Praktische Anwendungen eines spektralen PAR-Messgeräts.

Forscher, die das Zusammenspiel von Licht und Pflanzen erforschen, nutzen Spektral-PAR-Messgeräte, um neue Strategien für den Innengartenbau zu entdecken

Dynamische LED-Beleuchtung – Vorteile des Farbwechsels

In der Vergangenheit war die Beleuchtung für den Innengartenbau auf ein vorgegebenes Farbprofil (z. B. 5000K) beschränkt. Moderne LED-Leuchten, die mit Arrays aus roten, grünen und blauen Glühbirnen und einer Platine ausgestattet sind, ermöglichen jedoch die Programmierung verschiedener Farbprofile.

Dieser als dynamische LED-Beleuchtung bekannte Fortschritt ermöglicht eine strategische Steuerung der Lichtfarbe in verschiedenen Gewächshausbereichen, um das Pflanzenwachstum zu beeinflussen, einschließlich der Verlängerung der Stängel, des Seitenwachstums und anderer Pflanzenmorphologie (siehe PSS unten). Ein Spektralmessgerät wird zu einem unverzichtbaren Instrument, um die Qualität und die von diesen Leuchten gelieferten Mengen zu überprüfen.

 

Foto von Anthony Roberts auf Unsplash

Photomorphogenesis – Image courtesy of Al Gracian, www.albopepper.com

PSS – Mit Farbe die Jahreszeiten steuern

Die Landwirte sind im Allgemeinen den jahreszeitlichen Schwankungen der Sonneneinstrahlung und des Klimas ausgeliefert. Und so kann es ein schwieriges und besorgniserregendes Unterfangen sein, die roten Rosen rechtzeitig zum Valentinstag zum Blühen zu bringen.

Temperatur und Klima lassen sich in einem Gewächshaus leicht kontrollieren, aber auch die Farbe des Lichts spielt eine Rolle bei den jahreszeitlichen Veränderungen vom Samen zur Pflanze und zur Blüte (Photomorphogenese).

Die Farben Rot und Fernrot werden von der Sonne im Laufe der Jahreszeiten in unterschiedlichen Anteilen ausgestrahlt, um diese Umwandlungen auszulösen. Und jetzt nutzen die Landwirte dieses Wissen, um den jahreszeitlichen Wandel zu simulieren, indem sie die Farben Rot und Fernrot zu ihrem rechtzeitigen Vorteil manipulieren.

Spektrale PAR-Messgeräte mit der PSS-Metrik (Phytochrome Photostationary State) werden hierfür eingesetzt.

Lesen Sie hier über PSS.

 

Rot bis Fernrot und Photomorphogenese

Vollspektrum versus Blau-Rot-Spektrum – Energie sparen

Die Debatte zwischen Vollspektrum- und Blau-Rot-Spektrum-Zuchtlampen ist noch nicht abgeschlossen. Schätzungen gehen jedoch davon aus, dass durch die Beleuchtung mit dem blau-roten Spektrum etwa 10 % der Energiekosten eingespart werden können, was für größere Betriebe von erheblichem Wert ist.

Die Züchter verwenden Spektralmessgeräte, um sicherzustellen, dass diese Schmalbandlampen perfekt auf die maximale photosynthetische Empfindlichkeit abgestimmt sind und den Ertrag für die eingesetzte Wattzahl optimieren.

Blau Rot Beleuchtung

Volles Spektrum der Beleuchtung

LED-Farben sind nicht ewig haltbar – Die Farbverschiebung

Manche glauben, dass die LED-Leuchte ihre Aufgabe erfüllt, solange sie leuchtet. Allerdings nimmt die Farbqualität von LED-Leuchten im Laufe der Zeit aufgrund der Auswirkungen von Strom und Wärme auf die Integrität der LED-Materialien ab. Die von der LED emittierten Photonen verlieren allmählich an Energie, was zu einer Verschiebung hin zu längeren Wellenlängen und damit zu einer Farbverschiebung führt.

Der Zeitpunkt dieser Umstellung hängt weitgehend von den Nutzungsraten und der Qualität der LED ab. Leuchten, die aus minderwertigen Materialien bestehen und eine schlechte Wärmeableitung aufweisen, neigen dazu, schneller zu verschleißen. Es ist jedoch schwierig, genau zu bestimmen, wann diese Verschiebung eintreten wird. Daher wird ein Spektralgerät eingesetzt, um jede Farbverschiebung in der LED zu überwachen.

 

Foto von Vlad Chețan: https://www.pexels.com/photo/rainbow-across-the-road-during-daytije-2279334/

Der Kauf Ihrer Lampen – Nicht alle LEDs sind gleich.

Eine 4000K-LED-Lampe, die Sie besitzen, ist nicht unbedingt die gleiche wie eine 4000K-LED-Lampe, die Sie morgen kaufen. Der Herstellungsprozess von LEDs ist kompliziert, und obwohl sich die Unternehmen um eine einheitliche Farbe bemühen, können sie nur eine garantierte Farbtemperatur (Correlated Color Temperature) angeben, die eher einen Bereich als eine genaue Farbe darstellt. Selbst wenn Sie 10 LED-Lampen von einem Hersteller kaufen und sechs Monate später 10 weitere derselben Lampen kaufen, können diese leichte Farbabweichungen aufweisen.

Dies unterstreicht die Bedeutung eines Spektralgeräts – Sie können die Leuchten vor dem Kauf prüfen, um sicherzustellen, dass sie Ihren Anforderungen entsprechen.

Photo by Evan Smogor on Unsplash

Quantum PAR-Meter und -Sensoren können keine Farben sehen. Ein spektrales PAR-Messgerät kann das!

Forscher haben erkannt, dass es beim Anbau von Pflanzen mit künstlicher Beleuchtung nicht nur um das Zählen von Photonen geht, sondern um das gesamte Spektrum der Farben. Diese Erkenntnis setzt sich nun in der Innenraum-Gartenbaubranche durch und gibt den Gärtnern die Möglichkeit, sich Fachwissen über Beleuchtung anzueignen. Sie setzen Spectral PAR-Messgeräte ein, um die Vorteile verschiedener Lichtfarben zu nutzen, die Pflanzenerträge zu steigern, Ressourcen zu schonen und fundierte Entscheidungen beim Beleuchtungskauf zu treffen.

Während Quantum PAR-Meter/Sensoren nur Photonen zählen und keine Farben wahrnehmen können, erfüllt ein Spectral PAR-Meter beide Funktionen

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UPRtek (gegründet 2010) ist ein Hersteller von tragbaren, hochpräzisen Lichtmessgeräten; Handspektrometer, PAR-Meter, Spektroradiometer, Lichtkalibrierungslösungen.

Der Hauptsitz von UPRtek, die Forschung und Entwicklung sowie die Fertigung befinden sich in Taiwan, mit weltweiter Vertretung durch unsere zertifizierten Global Reseller.

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Ankündigungen

Medizinisches Umfeld mit LED- oder Leuchtstofflampen

Was ist ein Spektrometer, Spektralphotometer, Spektroradiometer?

Im Bereich der Spektralgeräte stechen drei Geräte hervor: das Spektrometer, das Spektralfotometer und das Spektroradiometer. Diese Begriffe wurden jedoch so häufig synonym verwendet, dass wir uns verpflichtet fühlten, ihre Unterschiede in einem kurzen Artikel zu klären.

▸ Spektrometer v Spektrophotometer v Spektroradiometer